Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Товарознавча характеристика кислот як промислової сировини




Розділ 9. Хімічна промислова сировина і вироби на її основі

За сучасними уявленнями товарну групу “Хімічна промислова сировина” складають продукти хімічного виробництва, серед яких найважливішими для народного господарства і найбільш поширеними на ринку є продукція неорганічної хімії, яка у свою чергу включає неорганічні кислоти та содові продукти (луги), мінеральні добрива, хімічні засоби захисту рослин.

 

Кислоти — це хімічні речовини, які містять водень та дисоціюють у воді з утворенням позитивних іонів водню (Н+). Присутність цих іонів у розчині обумовлює його гострокислий смак та здатність змінювати забарвлення хімічних індикаторів. Чим більше іонів водню є у водяному розчині кислоти, тим вона сильніша, тобто більш активно взаємодіє з іншими речовинами.

Сильними неорганічними кислотами є сірчана, азотна, соляна та інші, які повністю дисоціюють (відщеплюють атоми водню у водяних розчинах). Усі вони за нормальних умов прозорі рідини, які мають кислий смак, руйнівно діють на організм людини та вимагають обережного поводження.

Сірчана кислота як вид хімічної продукції є однією із найбільш активних та дешевих кислот, що визначає величезні масштаби її виробництва та надзвичайно різноманітне застосування майже в усіх галузях народного господарства. Найзначнішими сферами використання сірчаної кислоти є: виробництво мінеральних добрив (суперфосфату, сульфату амонію тощо споживає до 40% загального обсягу виробництва цієї кислоти); виробництво фосфорної, соляної, оцтової та інші кислот; металообробна промисловість (підготовка чорних металів до захисного покриття); виробництво барвників, лаків, лікарських речовин, деяких пластмас, багатьох отрутохімікатів, ефірів, спиртів, штучного шовку; виготовлення крохмалю, патоки та інших харчових продуктів; транспорт (свинцеві сірчанокислотні акумулятори); виробництва більшості вибухових речовин та інших органічних сполук.

Концентрована сірчана кислота H2SO4 — важка масляниста рідина без кольору та запаху; присутність домішок надає їй жовтуватого чи більш темного кольору. Основні її фізичні властивості: густина, температура кипіння та кристалізації залежать від її концентрації. Найбільш розповсюджена сірчана кислота концентрації 94% має густину при нормальних умовах 1,85 г/см, температуру кипіння 296°С та температуру кристалізації -30°С. 100%-на сірчана кислота, маючи таку ж густину, кристалізується при +10°С. Розчин сірчаного ангідриду S0з в 100 % сірчаній кислоті називається олеумом. Специфічною особливістю сірчаної кислоти є її відношення до води. По-перше, вона є сильним водовідбірним засобом — об­вуглює вуглець (крохмаль, целюлозу, рослинні та тваринні тка­нини), обезводнюючи їх, інтенсивно поглинає воду із неконцентрованих кислот, вологих газів, тощо; по-друге, при взаємодії її з водою виділяється велика кількість тепла, тому розбавляти сірчану кислоту водою слід обережно, додаючи кислоту у воду, а не навпаки, інакше вона може нагрітися до кипіння з виділенням парів (у виробничих умовах розбавлення відбувається у спеціальних змішувачах). Концентрована сірчана кислота є сильним окисником, особливо при підвищених температурах; вона окислює велику кількість металів, вуглець, сірку тощо. На холоді деякі метали пасивуються сірчаною кислотою (хром, нікель, залізо та його сплави – чавун, сталь).

Хімічна промисловість випускає декілька видів сірчаної кислоти, які відрізняються концентрацією, якістю та іншими показниками, що обумовлені, в основному, способами виробництва. Переважно використовують 2 способи про­мислового отримання сірчаної кислоти (нітрозний (вежний) та контактний), які включають технологічні стадії:

- одержання сірчистого ангідриду (двоокису сірки) із сполук, які містять сірку, чи із елементарної природної сірки; сірчана кислота виробляється із газу SO2, отриманого спалюванням природного сірчаного колчедану, який містить 35-50% сірки; із відходів газів кольорової металургії (прогресивний спосіб в економічному і екологічному відношенні: використання SO2, виділеного при виплавці 1 т міді, дозврляє отримати 10 т сірчаної кислоти; тому на великих мідноплавильних заводах є також цехи з виробництва сірчаної кислоти); із сірководню, який міститься в більшості горючих газів (газах нафтопереробки, коксовому, природному тощо), опалювальних газах, відпрацьованих кислотах, травильних розчинах тощо.

- одержання сірчаного ангідриду; це найважливіша стадія, яка формує концентрацію та якість сірчаної кислоти; у промисловості окислення SO2 до SO3 здійснюється за допомогою оксидів азоту або киснем повітря в присутності каталізатора при температурі 400-600°С. Перший спосіб більш давній і полягає в тому, що оксиди азоту розчиняються в 75%-й сірчаній кислоті та утворюють нітрозу (звідси назва методу — нітрозний), який поглинає S02 і віддає йому кисень, при цьому утворюється сірчана кислота. Ці реакції проходять у вежах (тому назва методу - вежний) висотою 18 м і діаметром 10 м; у системі є 4-7 веж; у них відбуваються послідовні процеси отримання сірчаної кислоти, утворення оксидів азоту та нітрози. Для відновлення втрат оксидів азоту у вежну систему вводять азотну кислоту в суміші з сірчаною (меланж). Сірчана кислота, отримана таким способом, називається вежною. Вона має недостатньо високу концентрацію та низьку якість (велика кількість домішок); її виробництво супроводжується викиданням оксидів азоту (так званий за кольором N02 «лисячий хвіст»), що забруднює довкілля, негативно впливає на організм людини, рослинний та тваринний світ. Через це будівництво вежних систем припинено (ппрацюють лише системи, побудовані в минулі роки, в основному на суперфосфатних заводах). Прогресивнішим способом одержання сірчаної кислоти є контактний, названий так тому, що окислення відбувається в присутності контактної маси, яка є каталізатором (речовиною, яка прискорює хімічну реакцію). Спочатку як каталізатор використовували платину, сьогодні – ванадієві каталізатори (пориста речовина, яка містить до 7% п'ятиоксиду ванадію в загальній контактній масі, куди входять також активізатори та ін). Каталізатори в присутності шкідливих домішок, особливо сполук миш'яку та селену, парів води та пилу «отруюються», тобто різко знижують активність, тому сірчистий газ, перш ніж надійти до контактного апарата, ретельно очищується та висихає. Контактний апарат являє собою стальний циліндр діаметром 3-12 м та висотою 10-25 м, в центрі якого є опорна труба із закріпленими на ній решітками (полицями) з контактною масою. Нагрітий до 450° газ S02 послідовно проходить крізь шари контактної маси та окислюється до S0з. Ця реакція відбувається з виділенням тепла та надзвичайним підвищенням температури, що зменшує ступінь перетворення S02, тому температуру газу після кожного шару контактної маси знижують до оптимальної (400-500°С) відведенням тепла до теплообмінника. В кожному подальшому шарі загальний ступінь окислення підвищується і в кінцевому підсумку досягає 98%;

- абсорбція (поглинання) сірчаного ангідриду та одержання товарних видів сірчаної кислоти. Теоретично реакція одержання сірчаної кислоти досить проста, але при взаємодії S0з з водою утворюються дрібні краплинки так званого туману сірчаної кислоти, який важко уловлюється та використовується. Тому на практиці утворення сірчаної кислоти - складний процес, особливо «вежним» способом, де в процесах окислення та абсорбції беруть участь різні кислоти, що містять сірку та азот (сірчана, нітрозилсірчана, сірчаста, азотна, азотиста). В контактному способі одержаний сірчистий ангідрид поглинається концентрованою (98%-ю) сірчаною кислотою.

Основні властивості окремих видів товарної сірчаної кислоти обумовлені способом виробництва. Найбільшу частину в загальному обсязі випуску займає технічна сірчана кислота, яка є таких видів: вежна, контактна та олеум (назви перших 2-х видів вказують метод виробництва; олеум одержують контактним способом). Вежна кислота випускається 75%-ї концентрації, вона забруднена оксидами азоту та іншими домішками; в основному використовується для одержання мінеральних добрив (суперфосфату, сульфатів амонію тощо) на місці виробництва. Контактна кислота має концентрацію не менше 92,5 %, у неї набагато менше зайвих домішок, вміст яких знижується з підвищенням сорту; 90%-на кислота виробляється контактним способом. Олеум, перенасичений розчин сірчаного ангідриду S0з в безводній сірчаній кислоті, випускається в основному з 20-24% вільного SO3 і є безколірною маслянистою рідиною з густиною 1,9 г/см3 та температурою кристалізації +2,5°С; на вологому повітрі «димить» внаслідок утворення «туману» сірчаної кислоти; використовується для синтезу високомолекулярних сполук.

Окремим галузям необхідна якісніша кислота спеціальних видів(напр., транспорт використовує акумуляторну кислоту з мінімальним вмістом оксидів заліза, які різко знижують термін їхньої служби; харчова промисловість, хімічні лабораторії споживають особливо чисту кислоту (95,6%). Спеціальні види також ви­готовляються контактним способом, але з дотриманням особливих умов, які перешкоджають забрудненню кислоти: використання більш корозійностійких матеріалів для обладнання та зберігання, встановлення додаткових фільтрів, додаткових сховищ-відстійників тощо. У табл. 9.1 наведені показники якості різних видів сірчаної кислоти відповідно 1-го сорту (вежна на сорти не поділяється).

Таблиця 9.1

Показники якості сірчаної кислоти

Вид сірчаної кислоти Концент- рація, % Вміст домішок, %
Оксиди азоту   Оксиди заліза   Твердий залишок  
1.Вежна     0,05   0,05   0,3  
2. Контактна технічна 92,5 0,02 0,05
3. Контактна поліпшена 92,5—94 1xl0 -4 0,015 0,03
4. Олеум поліпшений   5xl0-4 0,01 0,03
5. Кислота сірчана особливої чистоти 93,5 —— 5хІ0-4

 

Азотна кислота належить важливих мінеральних кислот, яка концентрована і розбавлена використовується для виробництва мінеральних добрив; у хімічній промисловості (одержання синтетичних смол, хімічних волокон, лакофарбових матеріалів і інших хімічних сумішей, кислот, солей тощо), виробництві пластмас, кіноплівок, вибухових речовин, ракетного палива, в металургії кольорових металів.

Концентрована азотна кислота НNОз - безбарвна чи злегка жовтувата прозора рідина з різким задушливим запахом, під дією світла повільно розкладається з виділенням двоокису азоту, який надає їй залежно від ступеня розкладу забарвлення від жовтого до буро-червоного; пари N02, які виділяються, утворюють з вологою повітря дрібні крапельки жовто-бурого туману, тому азотна кислота мовби «димить» на повітрі; при нагріванні ці процеси посилюються. Густина та температура кристалізації азотної кислоти, як і у сірчаної, залежать від її кон­центрації. Концентрована (98%) кислота має густину 1,5г/см3 і кристалізується, тобто застигає, при температурі -42°С, кипить при температурі +86°С, у розведеної кислоти (56%) густина 1,4 г/см3. Специфічною особливістю азотної кислоти є її сильні окислювальні властивості, особливо концентрованої, під дією якої деякі органічні суміші (папір, вугілля, масла тощо) навіть займаються.

Концентрація та якість товарних видів азотної кислоти, яка є на рику, особливість їх використання обумовлені так само, як і сірчаної, методом виробництва, яких є також два. Сировиною для одержання азотної кислоти є аміак, який окисляється при високій температурі киснем повітря в контактному апараті з наявністю платинового каталізатора з утворенням N0, який, у свою чергу, окисляється до N02. Відмінність методів полягає в особливостях подальшого утворення власне азотної кислоти з оксидів азоту та води.

В одному випадку хімічні властивості реакції такі, що теоретично вона не дозволяє отримати азотну кислоту з концентрацією більше 60% (практично- 46-47%) і лише при підвищенні тиску в системі концентрацію можна збільшити до 57-60%; така кислота випускається під назвою «Кислота азотна неконцентрована» і використовується в основному на місці споживання для виробництва азотних добрив. Обсяги її виробництва скорочується, але вона ще випускається за ГСТУ.

Особливістю другого методу є взаємодія з водою рідкогоNO2(замість газового) при підвищеному тискe та застосуванні чистого кисню замість повітря. Для отримання рідкого оксиду азоту його охолоджують до -8°С, він перетворюється в рідину, при поглинанні якої водою під тиском та в присутності кисню відразу відбувається утворення (синтез) концентрованої азотної кислоти (97-98%), яка називається «Кислота азотна концентрована методом прямого синтезу». Випускається також «Азотна кислота концентрована методом концентрування».

Азотну неконцентровану кислоту, одержану першим методом, можна концентрувати. Але цей процес складний, бо простим нагріванням та випаровуванням води підвищити її концентрацію не можна (при температурі 122°С утворюється суміш парів азотної кислоти (68,4%) та води, яка при подальшому нагріванні не змінює свого складу. Для підвищення концентрації слід зв'язувати пари води за допомогою сірчаної кислоти (сильного водопоглинача), що вимагає великих додаткових витрат. Тому основним є метод прямого синтезу.

Таблиця 9.2.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-26; Просмотров: 776; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.014 сек.